Au-TiO_(2)光电极界面声子热输运特性的分子动力学模拟

为了研究光电分解水体系中具有热等离激元效应的Au-TiO_(2)电极的界面热输运特性,本文采用非平衡分子动力学方法研究了温度、界面耦合强度以及添加石墨烯层对Au-TiO_(2)界面热导的影响,并通过声子态密度对界面热导的变化进行了分析.研究结果表明,当体系温度从300 K增加到800 K时,Au-TiO_(2)界面导热系数增加了78.55%,这与更多的低频声子参与界面热输运相关,更多的热量传递到TiO_(2)上可促进界面反应.随着Au与TiO_(2)界面耦合强度的增大,界面热导率可通过TiO_(2)和Au的声子态密度的重叠程度得到优化.添加单层石墨烯可提高Au-TiO_(2)结构的界面热导,其中0—30 THz的低频区声子对导热贡献最大,但添加2层和3层石墨烯,石墨烯层与层之间的相互作用力阻碍了界面传热,且在低频区的声子数量有所降低,不利于热量在Au和TiO_(2)之间进行传递.

豫西熊耳山蒿坪沟Ag-Au-Pb-Zn多金属矿床闪锌矿矿物学和微量元素组成特征及其成矿启示

蒿坪沟银金铅锌多金属矿床是豫西熊耳山地区重要的铅锌多金属矿床之一,矿体主要赋存在蚀变破碎带和断裂带内,成矿与区内岩浆活动关系密切。目前该矿床的研究集中于同位素地球化学、成矿时代和成矿物质来源等方面,但从矿物角度示踪成矿过程的报道较少。本文以矿石中不同世代闪锌矿为研究对象,开展电子探针和LA-ICP-MS原位主微量元素分析,查明不同世代闪锌矿的矿物学和微量元素组成特征,以反演矿床成矿物理化学条件进而约束矿床成因类型。结果表明,该矿床中闪锌矿主要存在两个世代:第一世代闪锌矿(Sp1)呈黑褐色或浅褐色,常与黄铁矿和黄铜矿共生,相对富集Fe、Mn、Cd、Cu和In;第二世代闪锌矿(Sp2)呈黄褐色或暗褐色,与大量方铅矿共生,裂隙被它形黄铁矿和碳酸盐充填,相对富集Co、Ge、Sn和Pb。闪锌矿中主要富集的元素为Fe、Co和In,其中Fe、Mn、Cd、Co和In等元素基本是以类质同象的形式赋存在闪锌矿的矿物晶格中,而Ag、Sb、Cu和Pb可能是以子矿物或显微包裹体的形式赋存。此外,Zn/Cd、Zn/Fe和Ga/In比值以及Fe温度计指示闪锌矿形成于中低温(沉淀时流体温度为229~259℃)和低硫逸度(lgƒ(S_(2))=-12.0~-10.1)的环境下,由成矿阶段II(Sp1到成矿阶段Ⅲ(Sp2其成矿温度可能发生了显著变化,结合面扫描分析结果,指示闪锌矿从核部到边缘温度逐渐降低。通过与国内外典型铅锌矿床闪锌矿微量元素特征对比,结合本矿床闪锌矿中低的Ga/In和Ge/In比值及Ge含量的特征,指示蒿坪沟银金铅锌多金属矿床成矿过程有岩浆活动的参与。综合认为蒿坪沟银金铅锌多金属矿床可能属于岩浆期后热液蚀变岩型和脉型矿床。

Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的制备及光催化性能

本工作通过水热法与磁控溅射法结合成功构建了表面均匀沉积纳米Au粒子的α-Fe_(2)O_(3)(Au@α-Fe_(2)O_(3))纳米棒,纳米Au粒子的负载量和形态分别由磁控溅射时间和热处理温度调控。在沉积5.1%的纳米Au粒子后,因纳米Au的表面等离子体共振(SPR)效应,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒在550 nm处出现了一个新的吸收峰,其带隙由2.20 eV变窄至1.95 eV。Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的荧光强度和电化学阻抗显著降低,光电流从0.27μA·cm^(-2)增大至0.45μA·cm^(-2)。纳米Au粒子既拓宽了Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合。与α-Fe_(2)O_(3)纳米棒相比,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化性能变得更加稳定,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化效率提高约一倍。

基于AU型螺旋桨的对称螺旋桨水动力性能研究

为特种船舶的需要在AU螺旋桨基础上对叶型进行对称化处理得到对称螺旋桨模型,应用计算流体动力学方法为某AU型螺旋桨进行敞水数值模拟,得到该螺旋桨正向旋转时的水动力性能,并与实验图谱数据进行误差分析,证明数值方法的有效性。为对称螺旋桨进行了敞水性能模拟,对比数据分析对称螺旋桨水动力性能的优势和劣势,为特种船舶的推进设计提供可靠的参考数据。

有机膦酸改性碳纳米管/硫化铋复合材料的设计合成及其对Au(Ⅲ)的吸附性能研究

本研究设计合成新型高效重金属吸附材料有机膦酸羧酸改性多壁碳纳米管/硫化铋(PBTCA-MWCNTs/Bi_(2)S_(3)),对材料进行了傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)等表征,并研究其对重金属离子的吸附性能。结果发现:PBTCA-MWCNTs/Bi_(2)S_(3)有优良的Au(Ⅲ)吸附性能;Langmuir模型拟合结果显示,材料在25℃时吸附容量达到1655.50 mg·g^(-1)。对该材料吸附热力学、吸附动力学和吸附选择性等方面的研究为Au(Ⅲ)回收提供了有效的技术支持。

气氛环境下Au/CeO_(2)催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO_(2)模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O_(2)与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO_(2)上的Au纳米颗粒在O_(2)与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O_(2)气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence,PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening,OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO_(2)表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO_(2)催化剂的稳定性。

Au-Ag-Al系相图的热力学优化和计算

使用计算相图方法(CALPHAD)计算Au-Ag-Al的三元相图时,三个边际二元相图(Au-Al,Au-Ag,Ag-Al)的准确性对三元相图的计算有很大的影响,目前Au-Al边际二元相图存在着一定的矛盾。在综合评估Au-Al体系实验数据的基础上,优化和计算了Au-Al合金体系的平衡相图,使用置换式溶体溶液模型描述Au-Al体系中液相、Bcc和Fcc相的吉布斯自由能,分别用亚点阵模型(Al)(Au)_(4)、(Al)_(3)(Au)_(8)、(Al)(Au)_(2)、(Al)(Au)和(Al,Au)_(2)(Al,Au)描述AlAu_(4)、Al_(3)Au_(8)、AlAu_(2)、AlAu和Al_(2)Au相,通过Pandat软件优化得到一组各相的热力学参数,计算得到的Au-Al相图与实验数据和热力学数据相吻合。结合Au-Ag和Ag-Al的热力学参数,计算了Au-Ag-Al液相面投影图和等温截面图,液相面投影图显示该三元系存在8个四相平衡反应,对Au-Ag-Al合金的研究具有指导意义。

球状Au@TiO_(2)的制备及其光催化降解结晶紫性能

利用溶胶凝胶法成功地制备出一种新型的核壳材料——Au@TiO_(2).经过水热晶化,该材料可膨胀至300 nm,壳层TiO_(2)晶化为锐钛矿相,但核心球状Au的形貌保持不变.采用粉末X射线衍射技术(PXRD)、ZETA电位、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TG)、光致发光(PL)、光电流(i-t)以及光催化降解技术,对样品的结构和性能进行了系统、详细的检测和分析.经过晶化处理的Au@TiO_(2),其在可见光波段的光降解结晶紫性能比未晶化时有着显著的提升,1 mg·mL^(−1)Au@c-TiO_(2)可以在可见光照射1 h后实现对0.3 g·L^(−1)结晶紫全降解.通过综合分析实验结果和时域有限差分(FDTD),探究了催化反应的机理.该研究为复合材料兼顾形貌稳定和晶化提供了新思路,为其在环境修复领域提供新的应用.

孪晶取向对Au纳米线变形机制影响的模拟

本文采用分子动力学方法,阐明了Au纳米线各力学特性参数随孪晶取向角度的变化规律,以及不同变形机制发生的孪晶取向角度范围。结果表明:在较小孪晶取向角度下(0°<θ<90°),纳米线具有较高的强度,不全位错与孪晶面相互作用引起的应变局域化主导了其塑性变形;在中等孪晶取向角度下(18°≤θ≤75°),退孪生主导了Au纳米线塑性变形,尤其是30°≤θ≤60°时,完全退孪生引发的应变硬化,使得纳米线具有较高塑性;在较大孪晶取向角度下(75°<θ≤90°),纳米线具有较高的强度,但塑性较差,不全位错连续穿越孪晶界引起的位错链主导了Au纳米线塑性变形。

Au纳米粒子二聚体-Au片耦合体系“热点”的尺寸效应

表面增强光谱“热点”效应一直是相关领域广受关注的主题,其中与尺寸和激发波长相关的动态“热点”转移效应的可控性是研究的重点和难点.本文利用有限元法(FEM)对Au纳米粒子球二聚体-Au片耦合体系进行了模拟计算,研究了激发波长和纳米粒子尺寸对体系不同间隙处电磁场增强的影响.结果表明,该体系所拥有的两种等离激元共振模式的分离和位置与纳米尺寸密切相关,并且影响该耦合体系的“热点”分布.当纳米粒子尺寸为30 nm,激发波长范围为450~535 nm和670~950 nm时,两种等离激元共振模式以协同效应为主,“热点”主要存在于粒子与粒子间隙;随着纳米粒子球尺寸增加至85~105 nm,激发波长范围分别为670~695nm和725~755 nm时,两种等离激元共振模式之间开始出现竞争效应,发现“热点”由粒子与粒子间隙处转移至粒子与金片间隙处.该研究结果为“热点”转移调控提供了新思路.

Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂的绿色制备及其催化降解亚甲基蓝性能

利用侧柏叶提取液为还原剂制备了纳米金负载型Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,研究了负载条件对金颗粒物理状态及催化剂比表面积的影响。利用XRD、BET、SEM、TEM对催化剂的晶型、孔结构和形貌进行表征,以亚甲基蓝作为目标污染物探究了Au/γ-Al_(2)O_(3)的催化降解能力。结果显示,最佳金负载率为1.00%,最佳煅烧温度为300℃。当Au/γ-Al_(2)O_(3)投加量为0.7 g·L^(-1)时,15 mL 0.5 g·L^(-1) NaBH_(4)能在10 min内降解97.67%的亚甲基蓝,且循环利用5次后单位质量催化剂的亚甲基蓝降解率不下降,说明Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂有良好的催化活性和稳定性。

Au/Cu-Co催化剂上甘油选择性氧化制二羟基丙酮的研究

二羟基丙酮(DHA)是甘油选择性氧化的高附加值产物,在农业、医药等领域具有重要的应用价值。本文以溶胶-凝胶法和硬模板法制备的CuO和Cu-Co金属氧化物复合材料为载体并负载金制备了催化剂,研究了其在非碱性条件下催化甘油氧化为二羟基丙酮的性能。活性评价结果表明,Au/Cu_(0.75)Co_(0.25)催化剂具有最高的催化活性,表现出了良好的选择性,在最佳的反应条件下,甘油转化率为69.0%,DHA选择性为99.7%,催化剂较高的活性可能是由于Co的加入增强了Au与载体之间的相互作用,使得电子云密度更容易向Au发生偏移从而形成更多的Au^(0)物种并且提高了Au的颗粒分散度,Au^(0)的增加有利于形成更多的晶格氧物种O_(latt),从而增强了甘油的活化和转化,更小的Au粒径也有利于催化剂上甘油的吸附和活化,从而促进了DHA的生成。

AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT纳米结构的制备及电化学传感性能

利用一步水热法和化学还原法制备了基于金纳米颗粒负载Co_(3)(HITP)_(2)-碳纳米管(AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT)的纳米复合材料。利用X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对其表面微观形貌和元素组成进行表征。构建了前列腺特异性抗原(PSA)/牛血清蛋白(BSA)/PSA抗体(Ab)/AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT/玻碳电极(GCE)电化学免疫传感器,并对PSA进行了检测,用循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)和电化学阻抗谱(EIS)对其进行电化学性能分析测试。实验结果表明:基于AuNP@Co_(3)(HITP)_(2)-CNT纳米复合材料的电化学免疫传感器对PSA有较宽的检测范围,可达40 fg/mL~100 ng/mL,同时具有较好的特异性、稳定性和可重复性。

多胺桥联聚倍半硅氧烷/壳聚糖蛇-笼型复合材料的制备及其对Au(Ⅲ)的吸附性能研究

本研究以3-氯丙基三甲氧基硅烷(CPTS)、乙二胺(EDA)和二乙烯三胺(DETA)为原料,制备两种单体B-DETA-m和B-EDA-m,然后将桥联单体与不同比例壳聚糖(CTS)反应,合成了EDA/CTS和DETA/桥联聚倍半硅氧烷(BPS)两个系列蛇-笼型复合材料。对复合材料进行了红外光谱、比表面积及孔隙度分析、扫描电镜等表征,考察了复合材料对Au(Ⅲ)的吸附性能。结果表明,CTS的加入能够有效提高材料的吸附性能,其中拥有较丰富孔隙度和较大比表面积的EDA/CTS-30和DETA/CTS-30对Au(Ⅲ)吸附能力最强。本研究为含CTS和BPS的新型吸附剂、色谱柱等材料的研发提供了理论依据,可应用于污水处理,对后续环境治理研究具有积极意义。

Au修饰SnO_(2)薄膜兼容型高响应乙炔气体传感器研制

为了实现变压器油中溶解的乙炔气体检测,研发了一款基于Au修饰SnO_(2)气敏薄膜的乙炔气体传感器。通过射频溅射制备SnO_(2)薄膜,进而通过直流溅射制备Au并改变溅射时间,得到不同Au修饰量的气敏薄膜,采用微机电系统(MEMS)工艺开发了基于气敏薄膜的乙炔气体传感芯片。对比纯SnO_(2)以及不同Au修饰量的SnO_(2)气敏薄膜的气敏性能,结果显示,基于20 s-Au修饰的SnO_(2)薄膜MEMS乙炔传感器性能最佳,最佳工作温度为200℃,体积分数为1×10^(-6)的乙炔气体的响应值高达14,响应恢复时间分别为5 s和87 s,且具有良好的重复性,检测限低至0.1×10^(-6)(体积分数)。对比测试体积分数为1×10^(-6)下变压器油中溶解的氢气、甲烷等其他气体,所研发的MEMS乙炔气体传感器仍具有优越的选择性,在长期测试下保持良好稳定性,可为解决变压器油中溶解乙炔气体的检测难题提供一种元件选择。

基于Apt@Au传感器的微囊藻毒素-LR传感检测

微囊藻毒素(MC-LR)是国际公共卫生组织已确认的一种神经毒素和致癌物质,其高效检测备受关注。该文通过金硫键作用将适配体直接结合到丝网印刷金电极表面,形成适配体@金(Apt@Au)敏感膜,当样本中存在MC-LR时,敏感膜上的适配体与MC-LR相互作用,引起[Fe(CN)_(6)]^(3-)/[Fe(CN)_(6)]^(4-)探针电对的电子传导发生变化,差分脉冲伏安(DPV)响应电流增加,由此构建了一种用于MC-LR检测的Apt@Au传感器。在优化的实验条件下,采用该传感器检测MC-LR的线性范围为0.001~50.00μg/L,检出限可达0.001μg/L,对微囊藻毒素-LA、微囊藻毒素-YR、节球藻毒素以及水体中常见的金属离子无明显响应,表现出良好的选择性。将其用于合成水样检测也显示出良好的回收率。Apt@Au传感器用于MC-LR检测具有流程简单、检测灵敏度高等优势,拥有良好的应用前景。

原位合成Au/泡沫镍磁性基底用于表面增强拉曼快速检测血清中免疫抑制剂代谢物

该文采用处理后的泡沫镍为反应模板,直接还原氯金酸溶液,经实验条件优化,原位制备了纳米金-泡沫镍多孔磁性复合表面增强拉曼散射(SERS)基底(Au-NFs)。泡沫镍三维网状具有大的比表面积和粗糙度,可稳定负载纳米金,通过Au—S键化学吸附更多的目标分子6-巯基嘌呤。复合基底的磁特性易于磁分离富集,避免血液共存物对SERS检测6-巯基嘌呤的干扰。利用磁场诱导纳米金-泡沫镍聚集,可进一步优化纳米金局域等离子场分布,形成SERS热点,大大提升了分析灵敏度,对于探针分子4-巯基吡啶的检出限可达5×10^(-9)mol/L。在外磁场优化条件下,基于Au-NFs复合SERS基底定量检测6-巯基嘌呤,在5×10^(-7)~1×10^(-8) mol/L浓度范围内有良好的线性,检出限为1×10^(-9) mol/L。该Au-NFs基底无需样品预处理,可实现血清中6-巯基嘌呤的快速分析,加标回收率在92.8%~107%范围内,表明方法可靠。

镁铁质岩浆周期性补给对云南普朗斑岩Cu-Au矿床的制约:能量约束下热力学模拟

镁铁质岩浆周期性补给于硅酸质岩浆房是形成大型斑岩矿床的关键因素。本文以普朗超大型斑岩Cu-Au矿床为例,通过能量约束体系下的热力学方法模拟浅部硅酸质岩浆房中镁铁质岩浆周期性补给过程,定量评估该过程对形成大型斑岩矿床的控制作用。普朗矿床成矿前粗粒石英闪长玢岩(CQD)和成矿期石英二长斑岩(QMP)复式岩体中均普遍发育镁铁质暗色微粒包体(MMEs),岩相学特征显示斑岩体中角闪石和黑云母发育韵律环带结构或港湾状溶蚀结构以及针柱状磷灰石的存在均指示发生了镁铁质岩浆混合作用。与单一的分离结晶模型(FC)相比,多阶段岩浆补给-分离结晶模型(R3FC)显示,镁铁质岩浆的补给一方面会抑制长石的结晶,另一方面会促进钙铁镁和铁镁等多类型角闪石的形成,并大幅提前黑云母的结晶次序。以硅酸质岩浆物质摩尔分数变化与挥发分之间相关性为参照,获得的熔体H_(2) O、SCSS(硫化物饱和时硅酸盐熔体中的S含量)和Cl溶解度显示,镁铁质岩浆补给将在岩浆演化早期提高而在晚期降低残余熔体H_(2)O含量(0.16%、0.04%、-0.30%),持续提高熔体SCSS(78.74×10^(-6)、94.44×10^(-6)和137.88×10^(-6))和Cl溶解度(0.04%、0.10%和0.20%),但对Cu含量影响有限。结果表明,能量约束体系下的R3FC和FC热力学模型不仅能够合理解释普朗复式斑岩体矿物结构特征,也定量验证了镁铁质岩浆的补给对成矿岩体异常高H_(2) O、S和Cl含量的贡献。

高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构阵列的构筑及其表面增强拉曼光谱的应用

采用气-液界面自组装方式制备得到有序单层聚苯乙烯(PS)微球阵列,以此为模板,采用磁控溅射沉积方法结合热处理技术获得单层六方非密排Au纳米颗粒阵列。随后采用水热法成功制得高度有序ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列。探究了生长机理以及反应温度、反应时间对微观形貌和光学特性的影响,进一步探究了该复合结构阵列作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底的灵敏度和均一性。结果表明:当水热反应温度从25℃升高至100℃时,ZIF-8纳米颗粒的数量逐步增多,同时尺寸随之增大,表面等离激元共振(SPR)峰和衍射峰均发生了红移。当水热反应时间从10 min增至60 min时,ZIF-8纳米颗粒从围绕Au纳米颗粒选择性生长到蔓延至整个材料表面。在样品表面沉积特定厚度的Ag膜后,测得4-氨基苯硫酚(4-ATP)和罗丹明6G(R6G)两种探针分子的检测极限均为10-11mol·L^(-1),4-ATP和R6G的SERS强度与分子溶液浓度呈线性关系,相关系数R2分别为0.9801和0.9844。随机选取10个不同位置测试4-ATP的SERS谱图,得到相对标准偏差(RSD)为8.86%,表明ZIF-8/Au纳米复合结构有序阵列作为SERS基底具有良好的均匀性和稳定性。

基于Au/In键合的静电扭转微镜的设计与工艺研究

采用Au/In键合技术并引入凸点层设计,制备了用于光通信领域的二维平行板式静电扭转微镜阵列。相较于其他键合技术,Au/In键合实现了低温键合并与硅通孔技术相容。此外,相对于梳齿驱动,采用平行板电容的扭转微镜有助于实现更高的占空比,便于阵列制造。凸点层的设计提升了键合强度,平均键合强度达8.97 MPa。微镜的实测结果与有限元仿真基本一致,内、外轴分别在13.7 V和18.2 V的直流电压下实现了0.7°的机械转角。